СИСТЕМА АНАЛИЗА КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН И КОФЕМАШИНА С АНАЛИЗОМ КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН Российский патент 2024 года по МПК G01N21/3563 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Это изобретение относится к анализу кофейных зерен, например, для обеспечения автоматического управления кофемашиной или эспрессо-машиной.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Хорошо известно, что кофе, приготовленный из свежемолотых зерен, дает лучшее качество, чем предварительно измельченный кофе. Часто при приготовлении кофе эспрессо используются свежие зерна.

Существует множество различных типов коммерчески доступных эспрессо-кофемашин для использования в домашних условиях или в барах, ресторанах и гостиницах. Тип машины, который подходит для конкретных условий, например, зависит от объема использования и бюджета.

В ручной эспрессо-машине пользователь заполняет резервуар для приема кофе, известную как портафильтр, молотым кофе. Затем пользователь должен выполнить трамбовку молотого кофе внутри портафильтра с достаточным усилием, например, около 200 Н, чтобы создать так называемую таблетку. Затем портафильтр устанавливают в кофемашину обычно посредством байонетного соединения. Далее, кофемашина пропускает горячую воду через таблетку в портафильтре, и полученный кофе разливают через носик, который обычно встроен в портафильтр. После заваривания пользователь должен извлечь и опорожнить портафильтр, выбрасывая использованную кофейную гущу.

Также существуют ручные эспрессо-машины со встроенным измельчителем. Пользователь переключает портафильтр между первым положением, в котором он принимает молотый кофе, и вторым положением, в котором кофе заваривается. Трамбовка может быть выполнена вручную или с помощью рычага с ручным управлением.

В полностью автоматической эспрессо-машине все вышеперечисленные этапы выполняются автоматически в одной и той же машине. Машина содержит емкость для зерен и измельчитель для приготовления молотого кофе. Этот молотый кофе транспортируется в заварочную камеру и трамбуется автоматически посредством поршня, который может быть приведен в действие гидравлически или с помощью электродвигателя. Затем горячую воду пропускают через молотый кофе в заварочной камере, заваривают и разливают кофе, а использованную кофейную гущу выбрасывают из заварочной камеры в мусорный бак внутри машины.

Этот процесс устраняет ручные этапы, необходимые для ручной эспрессо-машины, и, следовательно, экономит время, а также обеспечивает более однородные результаты.

Ручная эспрессо-машина может быть изготовлена по более низкой цене, чем полностью автоматизированная эспрессо-машина, так как множество этапов транспортировки не нуждаются в автоматизации. Однако результаты могут быть менее однородными вследствие участия пользователя в процессе заполнения и трамбовки, в частности, участия пользователя в задании объема или веса молотого кофе, а также усилия и однородности (прямолинейности) трамбовки молотого кофе в таблетку. Ручная эспрессо-машина нуждается в меньшем обслуживании, так как кофейная таблетка удаляется после каждого заваривания потребителем в рамках процесса заваривания.

Полностью автоматическая машина дает более стабильные результаты, но является более дорогостоящей. Она также исключает ощущение себя баристой от использования ручной эспрессо-машины. Полностью автоматическая кофемашина также нуждается в большем обслуживании (заполнении кофейными зернами, подаче воды, удалении сточных вод и выбросе кофейных отходов в мусорный бак). Полностью автоматическая кофемашина также может быть более громоздкой.

Был предложен третий тип кофемашины, который объединяет элементы двух типов, описанных выше. В US 9,125,519 В2раскрыта кофемашина со съемным портафильтром, используемым в ручной эспрессо-машине, но которая также включает в себя емкость для зерен и кофейную мельницу для доставки кофейного порошка во вставленный портафильтр. Портафильтр функционирует в качестве заварочной камеры, а распределительный фильтр (образующий поршень) используется для автоматической трамбовки и, таким образом, уплотнения порошка кофе в портафильтре перед подачей горячей воды под давлением в портафильтр.

Пользователь подключает пустой портафильтр к машине, при этом измельчение, дозирование молотого кофе в портафильтре, трамбовка молотого кофе, подача горячей воды и выдача кофе после этого автоматизированы как в полностью автоматической машине. После заваривания пользователь должен отсоединить портафильтр и выгрузить отходы кофе аналогично тому, как это выполняется при использовании ручной эспрессо-кофемашины.

Независимо от типа кофемашины, для разных кофейных зерен подходят разные процессы заваривания кофе. В частности, интенсивность обжарки, определяющая потемнение кофейных зерен, влияет на подходящие параметры заваривания кофе.

Настоящее изобретение относится к анализу кофейных зерен для определения интенсивности обжарки, например, для обеспечения возможности выбора подходящих параметров заваривания, например, для осуществления автоматического управления параметрами заваривания. Это представляет особый интерес для кофемашины, которая включает в себя кофемолку, такой как полностью автоматическая кофемашина.

DE 10 2019 200 788 А1 раскрывает полностью автоматическую кофемашину, в которой параметры заваривания регулируются автоматически на основе параметров кофейных зерен. В одном примере используется камера для восприятия цвета кофейных зерен, и это позволяет определить степень обжарки.

Определение цвета требует восприятия цветового изображения, которое может быть неточным, поскольку оно сильно зависит от условий освещения, и его реализация может быть дорогостоящей.

US 2017/0215451 А1 раскрывает устройство для обжарки кофе. Обжаркой управляют в зависимости от объема кофейных зерен. В частности, изменение объема используется для идентификации первого растрескивания кофейных зерен на основе понимания того, что время, необходимое для достижения желаемого уровня обжарки, является функцией времени, необходимого для возникновения этого первого растрескивания.

Остается потребность в простом, но точном способе определения степени обжарки кофе.

РАКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение определено пунктами приложенной формулы изобретения.

В примерах в соответствии с одним аспектом изобретения предложена система для анализа кофейных зерен, содержащая:

датчик света для восприятия уровня потемнения кофейного зерна;

датчик расстояния для определения расстояния между датчиком света и кофейным зерном и

процессор, выполненный с возможностью калибровки воспринятого уровня потемнения с использованием определенного расстояния и тем самым получения откалиброванного уровня потемнения.

Эта система измеряет уровень потемнения кофейного зерна, а не цвет, и это позволяет обойтись более простым воспринимающим оборудованием. Чтобы сделать определение потемнения точным, уровень потемнения калибруют с использованием помощью измерения расстояния. Таким образом, уровень потемнения обнаруживается удаленно, а расстояние до кофейных зерен измеряется и используется для калибровки измерения потемнения, чтобы оно было более точным и могло быть использовано для точного определения уровня обжарки.

Уровень обжарки представляет собой непрерывную шкалу, но обычно обжаровщики подразделяют свои зерна на три или более категорий. Таким образом, уровень обжарки можно идентифицировать как одну из трех-пяти категорий. Соотношение между цветом обжарки и уровнем обжарки является относительно независимым от типа зерен, так что измерение потемнения является хорошим индикатором уровня обжарки для всех типов зерен.

Следует отметить, что датчик света, датчик расстояния и процессор не обязательно являются отдельными компонентами, и действительно, как станет ясно ниже, различные аппаратные и программные компоненты могут совместно использоваться для обеспечения этих трех функций.

Датчик света выполнен с возможностью, например, измерения отражательной способности кофейного зерна, в частности, способности отражать сгенерированный опросный сигнал. Таким образом, условия освещения фиксируются опросным сигналом, дающим надежные результаты с высокой повторяемостью.

Датчик расстояния, например, содержит датчик времени пролета. Это позволяет измерять расстояние для разных положений кофейных зерен, например, для разных уровней кофейных зерен в емкости для кофе.

Датчик времени пролета, например, содержит источник света, при этом датчик времени пролета использует датчик света для определения времени пролета. Таким образом, для определения потемнения используется тот же датчик света, что и для измерения времени пролета.

Источник света может содержать инфракрасный лазер, а датчик света выполнен с возможностью восприятия инфракрасного света.

Таким образом, инфракрасный датчик используется для определения потемнения (на основе уровня отражения ИК-света), а также для измерения времени пролета. Таким образом, для осуществления как обнаружения потемнения, так и измерения времени пролета требуется всего лишь несколько компонентов.

Например, процессор выполнен с возможностью получения уровня обжарки из откалиброванного уровня потемнения. Это позволяет пользователю знать уровень обжарки зерен, и он может выполнять регулировки вручную, используя эту информацию.

В изобретении также предложена кофемашина, содержащая:

резервуар для воды;

водонагреватель;

водяной насос;

емкость для кофейных зерен;

кофемолку, имеющую выпускное отверстие для молотого кофе;

сосуд для кофе для приема молотого кофе из кофемолки;

систему подачи воды для подачи нагретой воды в сосуд для кофе;

систему анализа, описанную выше, для определения уровня обжарки кофейных зерен в емкости для кофейных зерен и

контроллер для управления завариванием кофе.

Эта кофемашина включает в себя анализ уровня обжарки кофейных зерен в емкости для кофейных зерен. Эта информация может быть использована контроллером различными способами.

Например, контроллер может быть выполнен с возможностью управления, в зависимости от определенного уровня обжарки, по меньшей мере одним из следующего:

параметры заваривания кофе;

параметры измельчения кофе;

дозирование молотого кофе в сосуд для кофе.

Контроллер кофемашины может предоставлять пользователю выходные данные, указывающие одно или более из следующего:

определенный уровень обжарки;

рекомендации рецепта кофе для определенного уровня обжарки;

варианты вкуса кофе для определенного уровня обжарки;

обнаруженное изменение типа кофейных зерен.

Например, если в машину были добавлены новые зерна, это может быть обнаружено, а если зерна отличаются, это может быть сообщено пользователю.

Кроме того, процессор системы анализа может быть выполнен с возможностью определения количества кофейных зерен в емкости для кофейных зерен на основе определенного расстояния. Таким образом, одна и та же система анализа также может быть использована для определения состояния заполнения емкости для кофейных зерен. Эта информация может быть использована кофемашиной различными способами.

Например, контроллер кофемашины может быть выполнен с возможностью управления, в зависимости от определенного количества кофейных зерен, измельчением кофе (временем измельчения или настройкой измельчения).

Контроллер вместо этого или с таким же успехом может быть выполнен с возможностью определения, в зависимости от определенного количества кофейных зерен, какие рецепты кофе могут быть завершены.

Таким образом, начало измельчения кофе может быть разрешено или запрещено в зависимости от того, достаточно ли зерен. Это также может зависеть от выбора рецепта, например, одинарная порция еще возможна, в то время как двойная порция невозможна. Крепкий кофе (который требует большего количества кофейных зерен) может оказаться невозможным, в то время как мягкий кофе возможен. Рецепты кофе, которые все еще могут быть приготовлены с оставшимися кофейными зернами, могут быть подсвечены для пользователя, а другие могут быть затемнены.

Контроллер также может осуществлять автоматический заказ зерен в зависимости от определенного количества кофе. Контроллер также может обеспечивать выходной сигнал, указывающий оставшееся количество кофейных зерен, так что пользователь также может принимать свои собственные решения относительно заказа и наполнения.

Изобретение также обеспечивает систему для измельчения кофе, содержащую:

емкость для кофейных зерен;

кофемолку;

систему анализа, описанную выше, для определения уровня обжарки кофейных зерен в емкости для кофейных зерен и

контроллер для управления настройками кофемолки на основе уровня обжарки.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описанные далее в настоящем документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания изобретения и для более четкой демонстрации того, как оно может быть осуществлено, далее ссылки будут приведены, только в качестве примера, на сопроводительные чертежи, на которых:

ФИГ. 1 показывает общую конструкцию кофемашины, к которой может быть применено изобретение.

ФИГ. 2 показывает пример возможной гидравлической схемы для полностью автоматической кофемашины;

ФИГ. 3 показывает систему для анализа кофейных зерен, в частности, в емкости для кофейных зерен;

ФИГ. 4 показывает компоненты системы;

ФИГ. 5 используется для показа, каким образом калибровка обеспечивает более точное определение потемнения;

ФИГ. 6a, 6b показывают некоторые параметры формы емкости для кофейных зерен; и

ФИГ. 7 показывает результаты испытания для демонстрации того, что количество кофейных зерен может быть определено с помощью измерения расстояния.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на фигуры чертежей.

Следует понимать, что хотя подробное описание в разделе "Осуществление изобретения" и конкретные примеры представляют приведенные для примера варианты осуществления устройств, систем и способов, они предназначены исключительно для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Эти и другие признаки, аспекты и преимущества устройств, систем и способов согласно настоящему изобретению станут более понятными из нижеследующего описания, прилагаемой формулы изобретения и сопроводительных чертежей. Следует понимать, что чертежи являются лишь схематическими и не обязательно выполнены в масштабе. Также следует понимать, что одинаковые ссылочные обозначения используются на всех фигурах для указания одних и тех же или аналогичных частей.

Изобретение предлагает систему для анализа кофейных зерен. Датчик света воспринимает уровень потемнения кофейного зерна, а датчик расстояния используется для определения расстояния между датчиком света и кофейным зерном. Затем воспринятый уровень потемнения калибруют с использованием определенного расстояния и тем самым получают откалиброванный (и, таким образом, более точный) уровень потемнения. Это представляет собой интенсивность обжарки и может использоваться кофемашиной для регулировки параметров заваривания кофе.

ФИГ. 1 показывает общую конструкцию кофемашины, к которой может быть применено изобретение. ФИГ. 1 представляет гибридную эспрессо-кофемашину, в которой измельчение кофе происходит внутри кофемашины. В качестве альтернативы, изобретение может быть применено к полностью автоматической кофемашине.

Кофемашина 10 содержит основной корпус 12, имеющий наружное установочное отверстие 14 для приема сосуда 16 для кофе. Проиллюстрированная машина также содержит сопло 24 для пара.

Сосуд 16 для кофе может содержать фильтр или корзинку для фильтра и опору для размещения фильтра или корзинки для фильтра. Сосуд 16 для кофе дополнительно может содержать нижний выдачной носик 20 для выдачи заваренного кофе. Он дополнительно может содержать рукоятку 19. Таким образом, сосуд 16 для кофе может соответствовать обычному портафильтру, как показано на чертежах. При использовании сосуд 16 для кофе может быть установлен в наружное установочное отверстие 14, например, посредством байонетного соединения.

При использовании сосуд для кофе образует заварочную камеру. В случае гибридной машины, как показано на ФИГ. 1, заварочная камера может рассматриваться как по меньшей мере частично внешняя, поскольку она образована внешней съемной частью. Тем не менее, молотый кофе подается внутри. В случае полностью автоматической машины заварочная камера является внутренней.

Основной корпус 12 содержит гидравлическую схему, обеспечивающую соединения по текучей среде между источником воды (как правило, резервуаром для воды), внутренним водонагревателем и системой подачи воды, имеющей головку подачи воды для подачи нагретой воды в сосуд 16 для кофе.

ФИГ. 2 показывает пример возможной гидравлической схемы полностью автоматической кофемашины (с внутренней мельницей и камерой 18 для заваривания кофе).

ФИГ. 2 показывает резервуар 30 для воды, расходомер 32 (для управления расходом и дозированием), водонагреватель 34, водяной насос 36 и контроллер 38. Расходомер 32 может обеспечивать измерение расхода для контроллера 38, а контроллер 38 может управлять нагревателем и насосом для выполнения процесса заваривания кофе. Водонагреватель может быть, например, проточным нагревателем, например, термоблоком. Расходомер 32 не является обязательным. В качестве альтернативы, управление дозированием и расходом может быть осуществлено с помощью подходящего управления насосом 36 (например, уровнем мощности и временем работы насоса).

Система подачи воды содержит канал для текучей среды для подачи нагретой воды в головку 40 подачи воды, которая, в свою очередь, подает нагретую воду в заварочную камеру 18. Головка подачи воды содержит водораспределительный диск. Водораспределительный диск обеспечивает область подачи воды к молотому кофе. Головка подачи воды дополнительно может содержать фильтр, который обеспечивает прохождение воды, а также удерживает молотый кофе, так что он может быть уплотнен во время трамбовки.

Предусмотрена система закрытия и трамбовки для уплотнения молотого кофе в заварочной камере 18 путем обеспечения относительного перемещения между головкой 40 подачи воды и заварочной камерой. Кроме того, это относительное смещение обеспечивает приложение усилия к молотому кофе для выполнения трамбовки.

Система трамбовки включает в себя гидравлический исполнительный механизм 42, содержащий поршень, который приводится в действие гидравлическим давлением. Гидравлический исполнительный механизм также может содержать возвратную пружину (не показана) для способствования втягиванию поршня после заваривания.

Выходное отверстие для воды из водяного насоса 36 соединено с гидравлическим исполнительным механизмом 42 посредством первого соединения 44 по текучей среде. Выходное отверстие для воды из водяного насоса также соединено с головкой 40 подачи воды посредством второго соединения 46 по текучей среде. Второе соединение по текучей среде включает в себя пассивный встроенный клапан 48. Пассивный встроенный клапан открывается, когда давление на впускной стороне гидравлического исполнительного механизма (т.е. в точке 50A разветвления) достигает желаемого давления, например, желаемого давления трамбовки.

Ниже этого давления клапан 48 остается закрытым. В данном случае может иметь место гистерезис, так что клапан 48 открывается при первом пороговом давлении (давлении открытия), но закрывается повторно только тогда, когда достигается более низкое второе пороговое давление (давление закрытия). В качестве альтернативы, может быть только одно пороговое давление.

Таким образом, водяной насос 36 используется как для подачи воды для заваривания, так и для подачи воды для закрытия и трамбовки. Пассивный встроенный клапан 48 автоматически переключается между этими двумя функциями подачи воды без необходимости взаимодействия с пользователем или электрическими исполнительными механизмами. Пассивный клапан 48 открывается, например, при достижении давления трамбовки, т.е. при завершении трамбовки. Затем подача воды осуществляется к головке подачи воды через открытый клапан 48. Во время подачи воды к головке подачи воды поддерживается давление трамбовки.

Это только один пример компонентов и подключения полностью автоматической кофемашины. Контроллер 38 управляет параметрами заваривания, а также перемещением заварочной камеры.

ФИГ. 2 также показывает резервуар 54 для зерен и кофемолку 56, имеющую выпускное отверстие 58 для молотого кофе, которое подает молотый кофе в заварочную камеру 18.

ФИГ. 3 показывает систему 60 для анализа кофейных зерен, в частности, в емкости 54 для кофейных зерен. Она может быть встроена в кофемашину по ФИГ. 1 или 2.

Система предназначена для восприятия уровня потемнения кофейных зерен, а также для измерения расстояния d до кофейных зерен, в частности, до уровня 62 верхней части кофейных зерен. ФИГ. 3 показывает два возможных местоположения для системы 60. Система установлена на верхней части емкости 54 для зерен, с входом/выходом света, направленным на уровень зерен.

Система может быть расположена по центру над емкостью, или она может быть расположена по периферии верхнего отверстия емкости, и эти два местоположения показаны на ФИГ. 3). Таким образом, система может быть вертикально над зернами или под углом. Емкость может иметь стеклянную крышку, над которой установлена система, или она может иметь открытый верх.

Измерение расстояния предпочтительно основано на измерении времени пролета.

ФИГ. 4 показывает компоненты системы. Система содержит инфракрасный (ИК) лазерный излучатель 70 и приемник 72, выполненный с возможностью обнаружения возвращенного инфракрасного импульса. Процессор 74 измеряет время генерации ИК-импульса и возврата отраженного импульса и анализирует силу света отраженного импульса. Расстояние d между зернами и датчиком измеряют на основании времени прохождения импульса ИК-лазера.

Затем может быть вычислена отражательная способность зерен на основании расстояния и интенсивности возврата ИК-импульса.

Это возможно с использованием только ИК-импульса, потому что темное кофейное зерно (т.е. зерно, которое поглощает видимый свет) также будет поглощать ИК-излучение в зависимости от уровня потемнения.

Затем процессор 74 может подключаться к основному контроллеру 38 кофемашины для обеспечения автоматизированного управления кофемашиной в зависимости от интенсивности обжарки кофейных зерен.

Таким образом, имеется датчик света (ИК в этом примере) для восприятия уровня потемнения кофейного зерна на линии прямой видимости ИК-импульса и датчик расстояния для определения расстояния между датчиком света и кофейным зерном. Процессор калибрует воспринятый уровень потемнения с использованием определенного расстояния, тем самым получая откалиброванный уровень потемнения. Затем калиброванный уровень потемнения представляет интенсивность обжарки кофейных зерен.

ФИГ. 5 используется для показа, как калибровка обеспечивает более точное определение потемнения. Он показывает результаты испытания с двумя типами зерен и интенсивностью обжарки; Перла (средняя обжарка) и Морено (темная обжарка).

ФИГ. 5 показывает по оси y интенсивность отражения (испускаемого ИК-импульса с фиксированной интенсивностью) в произвольных единицах логарифмической шкалы, а по оси x - расстояние в мм между датчиком и кофейным зерном вдоль линии прямой видимости датчика.

На графике показана четкая почти линейная зависимость между измеренным расстоянием и измеренным значением интенсивности отражения для обоих типов зерен. Зерна Perla (средней обжарки) дают более высокую интенсивность отражения по сравнению с зернами Moreno (темной обжарки).

Зона 80 указывает на область, в которой измерения интенсивности обжарки позволяют надежно различать типы зерен (для конкретного используемого датчика).

Таким образом, система измеряет уровень потемнения кофейного зерна, а не цвет, и это обеспечивает более простое воспринимающее оборудование. В частности, в данном примере излучение и обнаружение одного и того же ИК-импульса используется как для определения времени пролета, так и для определения уровня потемнения. Калибровка по расстоянию делает измерение уровня потемнения более точным.

Система имеет предварительно сохраненные соотношения типа, показанного на ФИГ. 5, так что измеренный результат (который представлен одной точкой на графике) может быть сопряжен с ближайшей предварительно сохраненной функцией, и, таким образом, может быть определен уровень обжарки. Уровень обжарки, например, определяется как одна из трех или более категорий, например, трех или пяти категорий. Соотношение между цветом обжарки и уровнем обжарки является относительно независимым от типа зерна, так что (откалиброванный) уровень потемнения является хорошим индикатором уровня обжарки для всех типов зерен.

Включенная в кофемашину система позволяет основному контроллеру 38 кофемашины выполнять различные действия. Например, кофемашина может информировать пользователя о типе зерен, которые были помещены в емкость для зерен, или выбирать правильные зерна, если в кофемашине имеется несколько емкостей для зерен.

Затем параметры заваривания могут быть автоматически отрегулированы до оптимальных настроек, таких как настройка тонкости/крупности измельчителя, дозируемое количество из измельчителя в сосуд для кофе и другие параметры заваривания.

Кофемашина также может рекомендовать рецепты, которые особенно подходят для конкретного уровня обжарки зерен, и аналогичным образом рекомендовать тип молока в случае рецептов кофе на основе молока.

Система анализа описана выше как обеспечивающая возможность определения уровня обжарки. Кроме того, одна и та же воспринимающая система может быть использована для определения количества кофейных зерен в емкости для кофейных зерен на основе определенного расстояния. Расстояние можно считать верхним уровнем кофейных зерен, и, следовательно, определяется степень заполнения емкости для кофейных зерен. Эта дополнительная информация может быть использована кофемашиной различными способами. Например, контроллер может быть приспособлен для управления измельчением кофе (временем измельчения или настройкой измельчения) в зависимости от определенного количества кофейных зерен. Например, система может предотвращать операцию измельчения, когда в системе почти закончились зерна, или она может обеспечивать индикацию уровня зерен или выдачу предупреждений потребителю.

Ее также можно использовать для автоматического заказа зерен и для обеспечения того, чтобы в кофемашине не заканчивались зерна во время заваривания кофе. Это может быть достигнуто с помощью кофемашины, которая подключена к Интернету.

Настоящее изобретение может быть применено к любой форме емкости для зерен и просто требует сопоставления уровня зерен в резервуаре с занимаемым объемом. ФИГ. 6a показывает три примера емкости 54 для кофейных зерен, а именно емкость в форме усеченного конуса (левое изображение), емкость в форме круглого цилиндра с воронкой в форме конуса внизу, чтобы обеспечивать поток зерен (среднее изображение), и емкость в форме квадратного цилиндра с наклонным дном, чтобы обеспечивать поток зерен (правое изображение).

Емкости для кофейных зерен, например, содержат максимальную массу кофейных зерен в диапазоне от 150 г до 400 г.

Угол α стенки, показанный на ФИГ. 6b, составляет, например, от 25° до 90° (до вертикали).

Ширина dw обычно составляет от 100 мм до 200 мм. Слишком маленькая ширина вызовет проблемы с размещением датчика. Максимальная ширина, например, определяется дальностью действия используемого датчика и минимальным требуемым углом наклона стенки.

Высота dh обычно составляет от 100 мм до 200 мм. Минимальная высота определяется минимальным требуемым углом наклона стенки, а максимальная высота определяется дальностью действия используемого датчика.

ФИГ. 7 показывает результаты испытания и массу зерен (по оси y в граммах) в сравнении с расстоянием на выходе датчика (по оси x в мм) для стакана объемом 500 мл. График показывает линейную зависимость между расстоянием и массой зерен.

Выходные данные датчика могут быть использованы для указания на пользовательском интерфейсе количества зерен в емкости. Если кофемашина подключена к Интернету, вместо этого можно использовать прикладную программу для указания, сколько зерен находится в емкости. Затем кофемашина может автоматически заказать зерна при определенном заданном уровне зерен или на уровне, указанном потребителем, и/или потребитель может быть предупрежден о необходимости заполнения емкости или заказа новой партии зерен.

Знание количества кофейных зерен также может быть использовано для предотвращения приготовления кофемашиной определенного рецепта, когда уровень кофейных зерен слишком низок. Система также может определять, когда были засыпаны новые зерна, и спрашивать пользователя о том, следует ли корректировать настройки в зависимости от новых зерен.

Приведенный выше пример основан на использовании ИК-импульса как для измерения отражения, так и для измерения времени пролета. Однако измерение расстояния и оценка потемнения могут быть осуществлены отдельными системами. Например, измерение расстояния может использовать часть электромагнитного спектра, отличную от части спектра для измерения потемнения. Общий датчик также можно использовать при наличии фильтров для различения света, используемого при измерении расстояния, и света, используемого при восприятии потемнения.

В приведенных выше примерах измерение расстояния основано на оптическом датчике времени пролета. Однако расстояние может быть определено другими способами, как указано ниже:

Емкостной способ измерения

Он может включать использование расположения электродов на стенке емкости. Наличие зерен вблизи электрода увеличивает относительную проницаемость и, следовательно, увеличивает общую измеряемую емкость. Могут быть использованы различные схемы расположения электродов, включающие в себя один электрод, один электрод с дополнительным электродом сравнения для компенсации характеристик зерен и множество электродов для дискретного восприятия уровня. Емкостное измерение может использовать гребенчатые электроды, образующие встречно-штыревой датчик.

Ультразвуковое восприятие

Для измерения расстояния между уровнем зерен и датчиком может использоваться ультразвуковой датчик расстояния. Датчик использует излучатель и приемник звука. Излучатель посылает звуковой импульс через воздух. Этот импульс будет отражаться от ближайшего объекта и возвращаться назад к звукоприемнику. Таким образом, расстояние между датчиком и объектом может быть основано на акустическом времени пролета.

Светоотражение

Наличие зерен может быть использовано для блокирования пути отражения от полосы отражателя, так что уровень зерен может быть определен как первая высота, на которой присутствует путь отражения. В нескольких точках могут быть предусмотрены световые ворота для обеспечения функции восприятия уровня.

ИК-датчик приближения на основе отражения

Датчик может содержать излучатель ИК-света и фотодиод. Излучатель используется для отправки ИК-импульсов, и когда присутствует объект, этот свет будет отражен объектом обратно к фотодиоду. Зерна отражают свет, так что датчик может быть использован для определения присутствия зерна в одной точке. Множество уровней могут быть обнаружены с использованием нескольких датчиков.

Изобретение представляет особый интерес для полностью автоматической кофемашины, но оно может быть применено к кофемашине любого типа, содержащей внутреннюю емкость для кофейных зерен (и измельчитель). Оно также может быть применено к автономному измельчителю для управления настройками измельчения (например, степенью и продолжительностью измельчения).

Изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практической реализации заявленного изобретения на основе изучения сопроводительных чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий/включающий» не исключает другие элементы или этапы, а грамматические средства выражения единственного числа не исключают множества. Один процессор или иной модуль может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые средства описаны во взаимно различных зависимых пунктах формулы, не означает, что объединение этих средств не может быть использовано для обеспечения преимущества. Если в формуле изобретения или описании использован термин «приспособлен для», то следует отметить, что термин «приспособлен для» является эквивалентом термина «выполнен с возможностью». Никакие ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.

Предложена система для анализа кофейных зерен. Датчик света воспринимает уровень потемнения кофейного зерна, а датчик расстояния используется для определения расстояния между датчиком света и кофейным зерном. Затем воспринятый уровень потемнения калибруют с использованием определенного расстояния, тем самым получая откалиброванный (и, таким образом, более точный) уровень потемнения. Это представляет собой интенсивность обжарки и может использоваться кофемашиной для регулировки параметров заваривания кофе. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система (60) анализа кофейных зерен, содержащая:

датчик (72) света для восприятия уровня потемнения кофейного зерна;

датчик (70, 72, 74) расстояния для определения расстояния (d) между датчиком света и кофейным зерном и

процессор (74), выполненный с возможностью калибровки воспринятого уровня потемнения с использованием определенного расстояния и тем самым получения откалиброванного уровня потемнения.

2. Система (60) по п. 1, в которой датчик (72) света выполнен с возможностью измерения отражательной способности кофейного зерна.

3. Система (60) по п. 1 или 2, в которой датчик (70, 72, 74) расстояния содержит датчик времени пролета.

4. Система (60) по п. 3, в которой датчик (70, 72, 74) времени пролета содержит источник (70) света, при этом датчик времени пролета использует датчик (72) света для определения времени пролета.

5. Система (60) по п. 4, в которой источник (70) света содержит инфракрасный лазер, а датчик (72) света выполнен с возможностью восприятия инфракрасного света.

6. Система (60) по любому из пп. 1-5, в которой процессор (74) выполнен с возможностью вывода уровня обжарки из откалиброванного уровня потемнения.

7. Кофемашина (10), содержащая:

резервуар (30) для воды;

водонагреватель (34);

водяной насос (36);

емкость (54) для кофейных зерен;

кофемолку (56), имеющую выпускное отверстие (58) для молотого кофе;

сосуд (16) для кофе для приема молотого кофе из кофемолки;

систему (40) подачи воды для подачи нагретой воды в сосуд для кофе;

систему (60) анализа по п. 6 для определения уровня обжарки кофейных зерен в емкости для кофейных зерен и

контроллер (38) для управления завариванием кофе.

8. Кофемашина (10) по п. 7, в которой контроллер (38) выполнен с возможностью управления, в зависимости от определенного уровня обжарки, по меньшей мере одним из следующего:

параметры заваривания кофе;

параметры измельчения кофе;

дозирование молотого кофе в сосуд для кофе.

9. Кофемашина (10) по п. 7 или 8, в которой контроллер (38) выполнен с возможностью предоставления пользователю вывода, указывающего одно или более из следующего:

определенный уровень обжарки;

рекомендации рецепта кофе для определенного уровня обжарки;

варианты вкуса кофе для определенного уровня обжарки;

обнаруженное изменение типа кофейных зерен.

10. Кофемашина (10) по любому из пп. 7-9, в которой процессор (74) системы (60) анализа также выполнен с возможностью определения количества кофейных зерен в емкости (54) для кофейных зерен на основе определенного расстояния.

11. Кофемашина (10) по п. 10, в которой контроллер (38) выполнен с возможностью управления, в зависимости от определенного количества кофейных зерен, измельчением кофе.

12. Кофемашина (10) по п. 10 или 11, в которой контроллер (38) выполнен с возможностью определения, в зависимости от определенного количества кофейных зерен, какие рецепты кофе могут быть завершены.

13. Кофемашина (10) по любому из пп. 10-12, в которой контроллер (38) выполнен с возможностью осуществления автоматического заказа зерен в зависимости от определенного количества кофе.

14. Кофемашина по любому из пп. 10-13, в которой контроллер (38) выполнен с возможностью обеспечения выходного сигнала, указывающего оставшееся количество кофейных зерен.

15. Система измельчения кофе, содержащая:

емкость (54) для кофейных зерен;

кофемолку (56);

систему (60) анализа по п. 6 для определения уровня обжарки кофейных зерен в емкости для кофейных зерен и

контроллер (38) для управления настройками кофемолки на основе уровня обжарки.